W.
G. Berendsohn, C. Häuser &
K.-H. Lampe
(1999)
Biodiversitätsinformatik in Deutschland: Bestandsaufnahme und
Perspektiven
Bonner Zoologische Monographien 45. Zool. Forschungsinstitut und Museum
Alexander Koenig, Bonn.
Gegenüber den offenkundigen Defiziten bei der biodiversitätsinformatischen Infrastruktur scheint die Situation hinsichtlich der Verfügbarkeit von erschließbaren Datenbeständen und der Fachkompetenz auf der organismischen Ebene in Deutschland besser, wenn sie auch nicht als generell gut bezeichnet werden kann (vgl. Abschnitte 4.2, 4.4). Durch die zwar zwischen zahlreichen naturkundlichen Sammlungen und Forschungsinstituten aufgeteilten, in ihrer Summe aber weltweit bedeutenden Sammlungsbestände bestehen in Deutschland für die Erschließung und Bereitstellung primärer Daten wie systematisch-taxonomischer Kenntnisse beachtliche Potenziale (Cracraft 1995, Hawksworth 1995, Naumann & Greuter 1997), die bisher jedoch noch wenig oder nur unzureichend genutzt wurden. So beherbergen z.B. allein die neun großen deutschen zoologischen Forschungssammlungen zusammen über 2,4 Mio. Wirbeltierpräparate (und liegen hiermit nach den USA und Großbritannien weltweit an 3. Stelle), in den Herbarien deutscher Universitäten und Forschungssammlungen lagern über 17 Mio. Pflanzen-Belege (Naumann & Greuter 1997) und 10 deutsche Institutionen besitzen Insektensammlungen von weltweiter Bedeutung mit jeweils mehr als 1 Mio. Exemplaren. Trotz fortschreitendem Abbau von Stellen im Bereich organismischer Biologie an deutschen Hochschulen (insbesondere in der Zoologie, Naumann, pers. comm.), existiert aufgrund alter Traditionen in der biosystematischen Forschung hierzulande immer noch ein hohes Maß an taxonomischer Fachkompetenz (Cracraft 1996), das allerdings in zunehmendem Maße auch von Privatpersonen abgedeckt wird (z.B. Schminke 1996). Weiterhin sind auch aus für die Biodiversitätsinformatik relevanten anderen Fachbereichen, insbesondere aus der Geographie, weltweit bedeutende Datenbestände und Kompetenzen in Deutschland vorhanden, die allerdings von der biologischen Seite bisher wenig genutzt werden. Insgesamt findet sich für die Biodiversitätsforschung auf nationaler Ebene im Bereich der Informationserschließung das größte kurzfristig verfügbare Potenzial (vgl. Linsenmair 1998), das daher gezielt mobilisiert werden sollte. Hierzu bieten sich folgende Themenbereiche an:
Zur Erreichung des Ziels der Schaffung globaler Organismenregister der bekannten Arten aus bestimmten systematischen Gruppen müssen die für begrenzte Regionen existierenden elektronischen Artenregister zusammengeführt und zusätzlich in der Literatur vorhandene Informationen digitalisiert werden. Dies erfordert sowohl Expertenwissen (ggf. mehrerer Wissenschaftler in verschiedenen Ländern) für die taxonomische Koordination als auch für die Abstimmung der Datenstrukturen zusammenzuführender Bestände, außerdem wird interdisziplinäres Fachwissen für den Einsatz und die Entwicklung von Werkzeugen zur Digitalisierung von Literaturdaten, der Bereitstellung der Information in Netzwerken und der Integration mit den globalen Strukturen benötigt. Die Komponente Verbreitungsinformation kann u.U. in Zusammenarbeit mit Geographen mittels Geographischer Informationssysteme abgedeckt werden.
Auf die Bedeutung der globalen Organismenregister wurde bereits unter Abschnitt 1.2 und 3.3 eingegangen. Sie fehlen bislang für die überwiegende Mehrzahl aller taxonomischen Gruppen. Ihre Erstellung ist sowohl im Sinne der Erfüllung der Biodiversitätskonvention als auch im Sinne der im Rahmen der internationalen Wissenschaftsagenda geforderten Inventarisierung der Biosphäre eine aktuell vordringliche Aufgabe (UNEP 1995, Diversitas, Agenda Systematik 2000; s. Abschnitt 3.2). Durch die Bereitstellung von wichtiger Rahmeninformation für interdisziplinäre Informationssysteme (z.B. Schadinsekten, phytopathogene Pilze, Pflanzeninhaltsstoffe, Indikatororganismen für Luftverschmutzung und vieles andere mehr) wird durch solche globalen Organismenregister zudem für eine Bewältigung der Probleme des Globalen Wandels notwendiges Grundlagenwissen bereitgestellt (Linsenmair 1998). Im diesem Bereich bieten sich derzeit noch gute Chancen zur "Besetzung" von Themen durch die deutsche Forschung im internationalen Rahmen, wie die Übersicht der momentan noch fragmentarischen Bemühungen zeigt (vgl. Abschnitt 3.3; Species 2000, IOPI), obwohl sich in manchen Bereichen (z.B. Blütenpflanzen) bereits eine gewisse globale Verteilung der Themen andeutet.
Als Kriterium für die Auswahl von Projekten muß zunächst die Auswahl der Organismengruppe herangezogen werden. Für eine konzentrierte Förderung kommen Organismengruppen in Frage, für die in Deutschland wissenschaftliche Kompetenz und möglichst auch eine Datengrundlage vorhanden sind, die eine ausreichende Größe und eine weite (möglichst auch tropische) Verbreitung aufweisen und für die eine entsprechende Lücke im Konzert der bereits vorhandenen internationalen Bemühungen besteht. Weiterhin ist eine Kombination mit Projekten zur Erschließung von Sammlungsinformation und/oder mit verknüpften Informationssystemen wünschenswert. Mit einer Bildung von Arbeitsgruppen, die unter Beteiligung ausländischer Wissenschaftler eine gleichzeitige Sicherung der Datenhaltung in Deutschland gewährleisten, wäre eine internationale Anbindung solcher Vorhaben zu erreichen, die gleichzeitig Synergieeffekte für die Förderung biosystematischer Forschung in Deutschland aufweisen würde.
Um das Ziel zu erreichen, die in den biologischen Sammlungen liegenden Informationsreserven zu mobilisieren, müssen einerseits die bereits in Einzelinstitutionen und aus zahlreichen Projekten digitalisiert vorliegenden Daten (vgl. Abschnitt 4.4) allgemein verfügbar gemacht werden (was oft eine Konvertierung der Datenbestände mit dem Ziel, sie den heutigen Standards anzupassen, einschließt). Andererseits muß die ganz überwiegende Anzahl der vorliegenden Belege neu erfaßt werden. Aus der Natur der Objekte heraus bieten sich dabei durchaus je nach Sammlungstyp verschiedene Ansätze. So ist z.B. bei den höheren Pflanzen normalerweise die Sammlungsinformation (Name, Herkunft der Belegs, Sammler etc.) auf dem Etikett des Belegs selbst konzentriert, während bei vielen anderen Sammlungen sich die Information im wesentlichen in Akzessions- und Notizbüchern oder Karteien findet. Etiketten und Notizbücher können mit der heute zur Verfügung stehenden digitalen Phototechnik preisgünstig aufgenommen werden und damit weltweit zur Erschließung zugänglich gemacht werden. Der gegenwärtige Stand der Technik erlaubt aber auch bereits ohne großen finanziellen Aufwand die Digitalisierung bestimmter ganzer, im wesentlichen 2-dimensionaler Belege (z.B. mikroskopischer Algen), der Herbaretiketten, oder auch der Notizbücher. Insbesondere bei den besonders wertvollen Typusexemplaren ist eine solche Volldigitalisierung anzustreben, wobei der rapide Fortschritt der Technik durchaus auch dreidimensionale und hochauflösende Darstellungen mittelfristig realistisch erscheinen läßt. Für geographisch/ökologische Fragestellungen, taxonomischen Zugang und statistische Analysen sind aber wohlstrukturierte Datenbanken unbedingt notwendig, die in der Datenerfassung erheblich arbeitsintensiver sind. Kurzfristig und bei den "normalen" Belegen ist vermutlich ein Arbeitsprozess am vielversprechendsten, der eine Kombination von Bild- und Textdaten vorsieht, wobei der Text sich in der Ersterfassung auf Kerndaten (wissenschaftlicher Name, ggf. Lagerort des Belegs, eventuell geographische Angaben und/oder Sammlerangaben) beschränkt, um dann im Bedarfsfall mittels der in Bildform digitalisierten Information weiter detailliert zu werden.
Die Bedeutung der biologischen Sammlungen wurde bereits in Abschnitt 1.3 angesprochen. Die in deutschen naturkundlichen Forschungssammlungen und Universitätsinstituten enthaltenen naturkundlichen Sammlungsbelege sind in ihrer Summe von grundlegender Bedeutung für die globale Biodiversitätsforschung (Naumann & Greuter 1997, Steininger 1997). Eine vollständige Erschließung und die allgemeine Verfügbarmachung dieser Datenbestände erfüllt nicht nur eine der zentralen Verpflichtungen aus der Ratifizierung der Biodiversitätskonvention (vergl. 3.1.; Repatriierung von Daten), sondern beinhaltet einen substanziellen, den Leistungen anderer Länder entsprechenden Beitrag zur internationalen Biodiversitätsforschung. Entsprechende Förderungsmaßnahmen zur Erschließung biologischer Forschungssammlungen existieren bereits seit längerem z.B. in den USA (vgl. NSF 1998) und haben wesentlich zur heutigen Führungsposition der Vereinigten Staaten im Bereich organismischer Biodiversitätsforschung beigetragen. Eine unter Einsatz moderner Informationstechnologie durchgeführte Datenerschließung hilft weiterhin der in vielen Fällen in Deutschland aktuell bedrohten, langfristigen Sicherung dieser Bestände (vgl. Schminke 1996).
Obwohl eine konzentrierte Förderung der großen Institutionen kurzfristig den größten Effekt zeigen dürfte, bietet die Erschließung kleinerer, oft stark vernachlässigter Sammlungen mit überregionaler Bedeutung die Chance, diese oft selbst der Fachwissenschaft kaum bekannten oder unzugänglichen Bestände zu erschließen (Schminke 1996). Derartige, vom Gesamtumfang her kleinere Spezialsammlungen sind aufgrund der Kulturhoheit der Länder und des föderativen Systems in Deutschland zahlreich vorhanden und oft aufgrund mangelhafter konservatorischer Pflege direkt in ihrem Bestand bedroht. Allerdings stellen die relativ hohen Mitgliedsbeiträge zum deutschen Forschungsnetz (Internet) gerade für kleinere Institutionen ein starkes Integrationshindernis dar.
Ziel ist hier die Schaffung oder Einbindung von Informationssystemen, die in direkter Beziehung zu Organismenregistern oder Sammlungsdatenbanken stehen und damit langfristig zu deren Erhaltung und Ausbau beitragen können. Hierzu zählen sowohl Themen innerhalb der Biowissenschaften als auch interdisziplinäre Projekte. Es ist hier durchaus auch an eine Verbindung mit Verlagen oder anderen kommerziellen Informationsbereitstellern zu denken. Ein Beispiel hierfür ist die Zusammenarbeit zwischen ILDIS, der Weltdatenbank der Blütenpflanzenfamilie der Leguminosen (Hülsenfrüchtler) und dem Verlagshaus Chapman & Hall, die zur Produktion der CD Phytochemical Dictionary of Leguminosae führte.
Aufgrund der zentralen Position der Organismenregister in der Biodiversitätsinformatik ist das Feld der möglichen verknüpften Information sehr breit. Dies beginnt im taxonomisch-systematischen Feld selbst, z.B. durch die Schaffung und Bereitstellung von Informationssystemen, die, auf vorhandenen und zu schaffenden Standards aufbauend, Merkmalsinformation zu den Organismen liefern, aufgrund derer interaktive Bestimmungen und Analysen durchgeführt werden können, über die Verknüpfung mit geographischen Informationssystemen zur Beantwortung von Fragen der globalen Biodiversitätsforschung, bis hin zu interdisziplinären Anwendungen. Hinzu kommt der weite Bereich der multimedialen Information (v.a. Bild- und Tonarchive). Die anzustrebende Interdisziplinarität ist naturgemäß nicht in gleichem Maße auf alle Wissenschaftsbereiche außerhalb der Biologie sinnvoll anwendbar. Die direkte Kooperation mit entsprechenden Bereichen der Informatik bzw. Informationstechnologie ist vorgegeben, und die enge Verzahnung mit der Geographie wurde bereits erwähnt. Sinnvollerweise sollte aber auch eine Anbindung an die Wissenschaftsbereiche erfolgen, die unmittelbar mit der Nutzung bzw. Erhaltung der internationalen Biodiversität befaßt sind, wie z.B. der Entwicklungszusammenarbeit im Bereich der Landwirtschafts- und Forstwissenschaften und des Naturschutzes, in der Medizin (besonders in der Epidemiologie und Pharmazie) und der (Naturstoff-)Chemie. Daneben existieren durchaus auch Beziehungen mit einigen geistes- bzw. sozialwissenschaftlichen Fächern wie der Ethnologie (Kulturanthropologie) und Archäologie.
Bei der verknüpften Information zu Belegdatenbanken kann es sich, neben den bereits erwähnten Bilddaten der Belege selbst und dem in Abschnitt 5.2. dargestellten Geographiebezug, vor allem um Literaturdaten handeln, insbesondere die Verknüpfung der Typusexemplare mit den entsprechenden Literaturstellen. Beim Aufbau solcher Datenbanken ist eine Überprüfung der Typen vorzunehmen. Ein anderes Gebiet ist die Integration von beschreibenden Belegdaten (z.B. Größenmessungen etc.) in auf Standards wie DELTA beruhende Informationssysteme in der taxonomischen Forschung.
Die Bedeutung der verknüpften Datenbanken in der Anfangsphase der Biodiversitätsinformatik liegt vor allem in ihrer unterstützenden Funktion für die infrastrukturbildenden Organismenregister und Belegdatenbanken. Wie jede Infrastruktur benötigt auch diese ständige, langfristig gesicherte Pflege. Im Fall von Informationsinfrastrukturen wird diese Pflege am besten durch intensive Nutzung (und damit ständige Ergänzung und Verbesserung) erreicht. Dies muss aber zumindest in der Anfangsphase direkt mitgefördert werden, um mittelfristig einen Selbstorganisationsprozess in Gang zu setzen, der die biodiversitätsinformatische Infrastruktur langfristig voll in die bestehende wissenschaftliche Infrastruktur integriert.
Inhalt | 1. Biodiversitätsinformation | 2. Biodiversitätsinformatik | 3. Internationale Strukturen: 3.1. Politischer Rahmen; 3.2. Umsetzung international, 3.3. Initiativen; 3.4. Standardisierung | 4. Strukturen in Deutschland: 4.1. Umsetzung internationaler Übereinkommen; 4.2. Umweltinformationssysteme; 4.3. Genetischen Ressourcen; 4.4. Gobale Biodiversität; 4.5. Zusammenfassung | 5. Strategie und Prioritäten: 5.1. National koordinierte Forschungsförderung; 5.2. Verbesserung der Infrastruktur; 5.3. Informationserschließung | Danksagung | Zitierte Literatur | Abkürzungen | Home
© Zoologisches Forschungsinstitut und Museum Alexander Koenig, Bonn 2000. WWW-Ausgabe mit freundlicher Genehmigung des ZFMAK, © Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin-Dahlem 2000